POE (Polyolefin) Elastomer

POE는 PE에 비해 밀도가 낮고 탄성이 높고, 저온에서의 충격 강도가 우수하여 자동차 내외장재, 식품 포장지, 케이블이나 와이어, 접착제, 필름, 의료분야 등에 사용된다.​

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​POE는 PE를 근간으로 한 폴리머이며, EPR (ethylene propylene rubber), EVA (ethylene vinyl acetate), SBC (styrene-block copolymer), PVC (polyvinyl chloride) 등의 다양한 폴리머를 대체할 수 있다. 이는 밀도가 낮을 뿐만 아니라 유연성과 가공성이 좋고, 화학적 저항성이 높고 가볍다. molding, compounding, blending 등 다양한 용도로도 활용이 가능하다. 또한 결정화 및 유리 전이온도가 낮고, 다른 폴리머들과의 호환성이 우수하며 영구적 변형없이 회복력이 뛰어나다.

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POE는 에틸렌, 부텐/옥텐 (코모노머), single polymerization site 특징의 메탈로젠 촉매를 근간으로 하는 넓은 범위의 공중합체 (Co-Polymer)로서, 전통적인 EPDM (ethylene propylene diene monomer)과 같은 elastomer와 thermoplastic사이의 가교역할을 한다.

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Polyolefin elastomer (POE)와 polyolefin plastomer (POP)는 thermoplastic elastomer (TPE)의 새로운 type이며 solution process를 통해 만들어진다. POE는 동종의 에틸렌 기준이고, POP는 프로필렌 기준의 random copolymer이다.

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POP의 밀도는 886~912 kg/m3정도이지만 POE는 이보다 더 낮다. 에틸렌 기반의 POE/POP (C2 POE/POP)는 에틸렌이 65~91%이고, 나머지 9~35%는 butene-1, hexene-1, or octene-1과 같은 LAO (Linear Alpha-Olefin)이다. 반면 프로필렌 기반의 POE는 70~90%가 프로필렌이고, 10~30%가 에틸렌이나 부텐이다. C2 POE/POP는 Dow ExxonMobil과 Mitsui Elastomers에 의해 생산되어 왔지만, 최근 Borealis, Sadara, SK/Sabic도 supplier대열에 합류하고 있다. C3 POE는 주로 자동차의 충격 조정 용도로 사용되며 plastic recycling와 같은 용도로도 활용될 것이다.​

​메탈로젠 촉매의 발전과 함께 관심이 높아진 합성 고분자 POE는 급성장세이며 메탄로젠 촉매는 slurry, solution, gas phase 등 다양하게 사용되며 먼저 activator나 co-catalyst와 mixing되어 고분자 합성의 효율을 높일 수 있다. (catalyst mileage) 이후 촉매 혼합물이 반응기로 들어가 에틴렌 및 co-monomer와 반응하여 single site의 촉매가 de-activation될 때까지 중합을 하고 도입된 수소와의 반응에 따라 chain이 종결된다.

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플라스틱은 폴리머에 첨가제를 변경하거나 안정화하여 compounding을 통해 만들어지며 모든 플라스틱은 폴리머이지만, 모든 폴리머가 플라스틱은 아니다. 예를 들어 셀룰로즈같은 천연 폴리머는 천연 상태에서 변경이 되기 전까지는 플라스틱처럼 가공 처리될 수 없다.

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플라스틱은 폴리머와 첨가제의 compounding으로서 부가가치를 높이도록 적절한 온도, 압력에서 모양이 변형되고 molding된다. 플라스틱은 stiffness/modulus가 높고 reverse elasticity가 없어서 고무나 elastomer와 구분된다. 플라스틱은 열가소성인 thermoplastic과 열경화성인 thermosetting plastics (thermosets)으로 나누며 열가소성은 연화되고 녹기 때문에 molding이나 extrusion resin으로 변형 및 recycle될 수 있지만 열경화성은 다르다.

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​범용 플라스틱으로 PP, PVC, PS, PE가 있으며 모든 플라스틱의 80%이상을 차지한다. PP의 경우 homopolymer와 copolymer가 있고, PVC는 stiff와 plasticized가 있고, PS는 general PS, TPS, IPS, HIPS가 있으며, PE는 밀도에 따라 VLDPE, LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE등이며 촉매이름을 딴 MCPE (Metallocene catalyzed polyethylene)가 있다.

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엔지니어링 플라스틱은 강도, 마찰저항, 화학적 및 열적 저항성을 높이기 위해 폴리머를 가공한 것으로, polyamides (nylons), acetals, polycarbonates, thermoplastic polyesters and modified polyphenylene oxide (혹은 polyphenylene ether or PPE라고 함) 등이 있다.

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일반적인 중합반응은 random특징임에 따라 chain길이가 제각각이며 이에 대한 결과로 폴리머의 통계적 분포를 나타내는 MWD (molecular weight distribution)개념이 있다.

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2개의 에틸렌 분자가 중합중인 polymer의 동일한 곳에 join할 때 chain에 branch가 생성될 것이다. 따라서 PE는 단순한 long chain이 아니라 많은 짧은 chain과 긴 branch로 구성된다. 이처럼 다양한 chain, branch로 구성됨에 따라 분자량 측정 index인 MFR (melt flow rate), 분자들의 밀집도를 측정하는 index인 밀도, MWD (molecular weight distribution)로 인해 PE의 물성치에 영향을 준다.

Property	Effect of Increasing:
​	MFR	Density	Breadth of MWD
Pseudoplasticity	​	​	Increases
Tensile strength at yield	​	Increases	​
Tensile strength at break	Decreases	Increases	​
Elongation at break	Decreases	Decreases	​
Impact strength	Decreases	Slight decrease	Decreases
Modulus	​	Increases	​
Transparency	​	Decreases	​
Long term load bearing	​	Increases	​
ESC resistance	Decreases	Decreases	​
Softening temperature	​	Increases	​
Melt strength	Decreases	​	Increases
Melt elasticity	Decreases	​	Increases
Melt fracture tendency	Decreases	​	Decreases
Gloss	​	​	Decreases

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밀도에 따라 아래와 같이 나눌 수 있다. co-monomer를 이용하여 밀도를 조절할 수 있으며, HDPE의 경우 co-monomer를 1%이하로 하여 밀도를 높이며, co-monomer양을 늘릴수록 결정 구조를 방해하는 짧은 side chain branch가 많아져 밀도가 낮아진다.

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• Low density of PE (0.910 to 0.925 g/cm³) – sometimes referred to as Type I.
• Medium density of PE (0.926 to 0.94 g/cm³) – sometimes referred to as Type II.
• High density of PE (0.940 to 0.959 g/cm³) – sometimes referred to as Type III.
• Very high density of PE (>0.959 g/cm³) – sometimes referred to as Type IV.

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Property Differences for Polyethylenes (Compared to the one left blank.)

Property	Polymer Density in g/cm³
​	Low (Type I)	Medium (Type II)	High (Type III)
Tensile strength at rupture	Highest	Higher	​
Elongation at break	Highest	Higher	​
Impact strength	Highest	Higher	​
Modulus	Highest	Higher	​
Transparancy	Highest	Higher	​
Long term load bearing	​	Higher	Highest
ESC resistance	Highest	Higher	​
Softening temperature	​	Higher	Highest
Melt strength	​	Higher	Highest
Gloss	Highest	Higher	​
Resistance to shrinkage	Highest	Higher	​
Resistance to warpage	Highest	Higher	​
Resistance to brittleness at low temperature	Highest	Higher	​
Resistance to grease and oil absorption	​	Higher	Highest
Impermiability to gases and liquids	​	Higher	Highest
Freedom from film haze	​	Highest	Higher
Molding cycle times	​	Higher	Highest

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